materia oscura repulsiva
Materia oscura repulsiva (p1)
Materia oscura repulsiva.
** Jean-Pierre Petit e P. Midy ** Osservatorio di Marsiglia, Francia ---
Riassunto :
Esploriamo gli aspetti fenomenologici di un sistema a due popolazioni il cui dinamismo implica sia forze attrattive che repulsive. Una nuova struttura geometrica, caratterizzata da due pieghe, associata a due equazioni di campo accoppiate tramite il campo gravitazionale, permette di superare l'ostacolo delle "masse negative" e rende così concepibile un sistema in cui le energie di tutte le particelle sono positive. Mostriamo che, in queste condizioni, la materia della seconda popolazione è geometricamente non osservabile e acquisisce così il rango di materia oscura repulsiva. Le galassie sarebbero collocate in cavità di una distribuzione omogenea di materia oscura repulsiva. Ciò genera un effetto di confinamento con una curva di rotazione realistica. Mostriamo che la lente gravitazionale negativa, associata alla materia oscura repulsiva, potrebbe spiegare gli effetti osservati, offrendo così un'alternativa al modello classico della materia oscura. Derivato da questo nuovo modello cosmologico, l'età dell'Universo diventa di 15,7 miliardi di anni, a causa dell'interazione tra i due tipi di materia.
1) Introduzione. ** **
...Oggi non è più possibile spiegare le osservazioni astronomiche basandosi esclusivamente sulla materia osservabile. È per questo che il concetto di materia oscura si è progressivamente imposto. Sono state avanzate diverse ipotesi sulla natura di questo componente invisibile dell'Universo, che dovrebbe contribuire alla formazione del campo gravitazionale e generare così l'effetto della massa mancante nelle galassie e la lente gravitazionale. I Machos si sono rivelati deludenti. Alcuni ricorrono a particelle il cui esistenza fisica resta speculativa, come i neutrini massivi. Per ora nessuna formulazione ha prevalso, e molte ipotesi restano possibili riguardo a questa materia oscura. In questo articolo proponiamo di studiare le conseguenze di un'interazione gravitazionale tra la nostra materia (massa m) e una particolare materia oscura, composta da masse m*, tali che:
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m e m' si attraggono secondo la legge di Newton
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m* e m*' si attraggono secondo la legge di Newton
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m e m* si respingono secondo una legge simile a quella di Newton
Chiameremo m* "materia oscura repulsiva".
Ciò può essere riassunto semplicemente considerando l'espressione seguente:
(1)
dove le masse ma e mb possono essere positive o negative. I fisici potrebbero obiettare immediatamente dicendo che le particelle con massa negativa hanno anche energia negativa, il che manca di senso fisico. Nella sezione 3 dell'articolo proponiamo un nuovo contesto geometrico che rende possibile l'interazione tra due popolazioni, di masse m e m*, entrambe positive, le cui energie mc² e m*c² sono positive, in modo che le forze si inseriscano nello schema precedente. Il fatto che i due sottosistemi possano interagire solo tramite gravità sarà giustificato geometricamente.
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2) Materia oscura repulsiva che confina le galassie.
...È da tempo noto che il campo gravitazionale dovuto a una distribuzione di materia inferita dalle osservazioni non potrebbe bilanciare le forze centrifughe nelle galassie. La massa mancante è di circa tre a cinque volte quella osservata. Inoltre, le curve di rotazione delle galassie mostrano una caratteristica a gradino (velocità eccessive in periferia) che non può essere spiegata a partire dalla distribuzione osservata della materia. Per questo motivo gli studiosi hanno tentato di prevenire l'esplosione delle galassie e di riprodurre questo aspetto delle curve di rotazione introducendo artificialmente distribuzioni di materia oscura ad hoc. Esaminiamo ora il modello proposto, composto da materia ordinaria (osservata) e materia oscura repulsiva non osservata, e vediamo se questo modello può garantire il confinamento delle galassie. Innanzitutto consideriamo una galassia in cui la materia è distribuita secondo il modello di Myamoto e Nagai [1]:
(2)
...Questa distribuzione assialsimmetrica di materia è supposta trovarsi in una cavità di una distribuzione uniforme di materia oscura repulsiva (Fig.1, dove la materia ordinaria è distribuita secondo a = 5 ; b = 1 in (2).
** ** Fig.1 : La galassia circondata da materia oscura repulsiva. Sistema assialsimmetrico.
...Disponiamo la materia oscura repulsiva intorno ad essa, con un gradiente di densità arbitrario, regolato su basi empiriche. Questa distribuzione di massa può essere descritta come una sovrapposizione di ellissoidi spessi, caricati con densità di materia** *ri (che possono essere positive o negative), i essendo l'indice dell'ellissoide massivo, con asse orizzontale ai e asse verticale bi. Il campo, all'interno e all'esterno di questi corpi, è dato da formule analitiche abbastanza semplici ([2] e [3]). Dato un insieme di ellissoidi massivi, diventa possibile calcolare il campo 3D. Nella Figura 1 abbiamo rappresentato la densità di massa r della materia oscura repulsiva tramite la variazione della densità di punti bianchi nello spazio. Ciò non deriva da una simulazione numerica effettuata con punti massivi, come potrebbe suggerire l'immagine. La distribuzione di massa è stata descritta da un insieme di ellissoidi massivi, con parametri variati (lunghezze degli assi, densità di massa).
...La Figura 2 mostra la distribuzione di materia oscura repulsiva scelta. La Figura 3 rappresenta il campo gravitazionale dovuto a questa materia oscura repulsiva, calcolato secondo il metodo descritto sopra. Le scale delle figure 1 e (2-3) sono diverse, le ultime sono un ingrandimento. È indicata la corrispondenza di scala. Come possiamo vedere, la distribuzione di materia oscura repulsiva produce un effetto di confinamento sulla galassia, sia nella direzione r che nella direzione z. La Figura 3 mostra la velocità di rotazione corrispondente per la sola materia oscura repulsiva. Vediamo che una tale distribuzione di materia oscura repulsiva permette elevate velocità periferiche.
Fig. 2 : La distribuzione di materia oscura repulsiva scelta: un insieme di ellissoidi piatti concentrici, spessi, con densità** *r(r) d essendo il diametro dell'ellissoide.
